JP4280253B2 - ワーク回転装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガンドリル等の長尺工具を使用する深穴加工機のワーク回転装置に関する。

ガンドリル等の長尺工具を使用する深穴加工機は、工具を回転させ、ワークも回転させるワーク＆ツール回転方式が採用されている。このワーク回転により、深穴の芯ずれが矯正され、高精度の加工ができるとともに、相対的なワークの回転数の増加分だけ、送りを上げることができるので、生産性の向上を図ることができる。

図６の（ａ）は従来のガンドリル用深穴加工機の正面図である。図６の（ａ）に示すように、深穴加工機２０のベッド２１上の右側には、ベース２２ａが載置されている。そのベース２２ａ上には、ガイドレール２２ｂが配設され、そのガイドレール２２ｂ上にはＺ１軸（左右）方向に摺動自在のテーブル２２ｃが配設されている。このテーブル２２ｃ上には、正面に向って右側に主軸台２３が載置されており、その主軸台２３のスピンドルには長尺のガンドリル２４が装着され、ガンドリル２４の中間部、やや先端部寄りは振れ止め２５にて支持され、ガンドリル２４の先端部にはチップボックスが配置されている。
また、ベッド２１上の左側にも同様に、ガイドレール２１ｂが配設され、そのガイドレール２１ｂ上にはＺ２軸（左右）方向に摺動自在のスライド２１ａが配設されている。そのスライド２１ａ上に従来のワーク回転装置３０が載置されている。

図６の（ｂ）は従来のワーク回転装置３０の外観図である。図６の（ｂ）に示すように、ワーク回転装置３０の主軸台３１には、回転自在の主軸３２が設けられている。この主軸３２にはコレットチャック３３が取り付けられ、このコレットチャック３３にはコレット３４が装着されている。前記主軸台３１の後部（図中の左側）には、コレット３４の開閉によりワークＷをクランプ（把持）、アンクランプ（開放）するためのシリンダが内蔵されている。また、ワークＷを回転するために、前記主軸３２の外周に嵌入されたプーリ３６ａと、モータ３６ｃのモータ軸に設けられたプーリ３６ａとの間にベルト３６ｂが掛け回されて、モータ３６ｃの回転力が主軸３２に伝達され、ワークＷが回転される（特許文献１参照）。

しかし、従来のワーク回転装置３０は、貫通した中空構造になっていないため、短尺ワークしか加工できず、長尺のワークは加工できないという問題があった。
そこで、これらの問題を解決した、ワークが長尺であってもワークのクランプが可能で、ワーク回転装置を反転してワークの後端部からの加工ができる中空構造のワーク回転装置として、本出願人は、その後、特願２００４−９８０６４で開示している。

図７は、本出願人がその後に出願したワーク回転装置を示す断面図である。
図７に示すように、ワーク回転装置４０は、ボデー４１と、このボデー４１に嵌合され、フランジ部４２ａが形成された略リング状のハウジング４２と、このハウジング４２にベアリング４３、４３が嵌入されて回転自在に軸支され、外周にはギヤ５３が固定され、内周にはテーパ穴４４ａを有する主軸４４と、この主軸４４のテーパ穴４４ａに装着され、後端部に外周ネジ部４５ａを有する筒状のコレット４５とが構成されている。
また、このコレット４５の外周ネジ部４５ａに螺着され、後端部（図中の左側）に外周ネジ部４６ａを有するコレット引込みリング４６と、先端部４７ａが前記主軸４４の後端外周部４４ｂに嵌入され、後端部４７ｂがコレット引込みリング４６の外周ネジ部４６ａに螺着され、その外周４７ｃにはピストン４８の内周凸部４８ａを挟持して回転自在にベアリング４９ａ、４９ｂによって軸支されたコレット引込みノブ４７とから構成されている。
さらに、このピストン４８が前記ハウジング４２とエンドブラケット５１により形成されたスペースに嵌入され、作動流体によってピストン４８が主軸軸線方向に進退するシリンダ部５２と、前記ギヤ５３にアイドルギヤ５４が噛み合い、前記アイドルギヤ５４に、モータ軸５６ａに嵌入されたギヤ５５が噛み合い、回転力を発生させるモータ５６とが構成された中空構造のワーク回転装置４０が、開発されている。
特開２００１−１０５２１５号公報（段落００２３、図４）

しかしながら、前記ワーク回転装置４０では、ワークに偏心の穴加工をしようとすると、偏心させた分だけコレットが薄肉となって強度上の問題があり、その反対にコレットの薄肉化を防ぐと大型化になってしまうという問題があった。また、異形ワークで枝部を有するワークの場合、枝部の位置に対する回転方向の位置決めができないため、偏心位置に深穴加工を行うことは困難であった。そのため、偏心固定治具ごと回転させるといった大掛かりなワーク回転装置や専用機を使用しなければならないという問題があった。

そこで、本発明は、これらの問題点を解決するために創案されたものであり、ワークが異形ワークで、しかも、枝部を有するワークの場合であっても、ワーク回転装置を大型化することなく、偏心した位置に深穴加工ができるワーク回転装置を提供することを課題とする。

請求項１に係るワーク回転装置１１の発明は、ワーク（Ｗ）をクランプするクランプ機構（Ｅ）を内蔵し、ワーク（Ｗ）を回転させる回転駆動機構（Ｆ）を搭載した中空構造のワーク回転装置（１１）であって、ボデー（１）と、前記ボデー（１）に嵌合されて固定された略リング状のハウジング（２）と、前記ハウジング（２）の内周面にベアリング（９）が嵌入されて回転自在に軸支され、端面にギヤ（１３）が固定され、さらに、内周面にスリーブ（４）が固定された主軸（３）と、前記スリーブ（４）に摺動自在に挿入され、内周面にテーパ部（５ａ）を有し、後端面（５ｂ）に複数のピン状接続部（５ｃ）を突設したクランパ（５）と、前記クランパ（５）のテーパ部（５ａ）に装着され、後端部に溝部（６ａ）が設けられた偏心コレット（６）と、前記主軸（３）に固定され、前記コレット（６）の溝部（６ａ）に係合部（７ａ）が係合し、フランジ部（７ｂ）に形成された複数の開口部（７ｃ）に前記複数のピン状接続部（５ｃ）が挿通され、コレット（６）の位置を保持する位置決めリング（７）と、前記位置決めリング（７）に固定され、ワーク（Ｗ）の位置決めを行う位置決めプレート（１９）と、前記クランパ（５）のピン状接続部（５ｃ）の端面に固定され、ピストン（８）の内周凸部（８ａ）を挟持して回転自在にベアリング（９ａ、９ｂ）によって軸支されたコレット押圧ノブ（１７）と、前記ピストン（８）が前記ハウジング（２）とエンドブラケット（１０）により形成されたスペースに嵌入され、作動流体によってピストン（８）が主軸軸線方向に進退するシリンダ部（１２）を有する前記クランプ機構（Ｅ）と、前記ギヤ（１３）にアイドルギヤ（１４）が噛み合い、このアイドルギヤ（１４）に、サーボモータ軸（１６ａ）に嵌着されたギヤ（１５）が噛み合い、回転力を発生させるサーボモータ（１６）から構成された前記回転駆動機構（Ｆ）と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のワーク回転装置１１であって、前記位置決めプレート（１９）には、ワーク（Ｗ）の位置決めをする位置決めブロック（１９ａ）を設けたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載のワーク回転装置１１であって、前記クランプ機構（Ｅ）は、シリンダ部（１２）のピストン（８）が前進すると、クランパ（５）がコレット（６）を縮径させてワーク（Ｗ）をクランプし、シリンダ部（１２）のピストン（８）が後退すると、クランパ（５）がコレット（６）を拡径させてワーク（Ｗ）をアンクランプすることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、ワークが異形ワークで、しかも、枝部を有するワークの場合であっても、ワーク回転装置を大型化することなく、偏心した位置に深穴加工ができるワーク回転装置を提供することができる。
また、ワーク回転の駆動モータにサーボモータを採用したことにより、異形ワークのオリエンテーション（回転方向の位置割り出し）が可能となり、ワーク自動供給・排出装置への対応ができる。
さらに、位置決めリング（７）の係合部（７ａ）によって、偏心コレット（６）の溝部（６ａ）に係合し、偏心コレット（６）の位置を保持するため、ワーク回転装置（１１）の前面で、しかも、ワンタッチで偏心コレット（６）の交換ができる。

請求項２に係る発明によれば、位置決めプレート（１９）にワーク（Ｗ）の位置決めをする位置決めブロック（１９ａ）を設けたことにより、枝部を有するワークの場合であっても、ワークの長手方向と回転方向の位置決めをすることがことができたため、真直度の優れた深穴加工ができる。

請求項３に係る発明によれば、従来のクランプ機構と正反対で、これまではワークを固定する偏心コレット（６）を直接引張っていたが、偏心コレット（６）の外のクランパ（５）を押すことで、偏心コレット（６）を押圧し、ワークを固定することができる。
また、偏心コレット（６）を従来のクランプ機構と正反対にしたことにより、クランパ５の正面から専用工具により偏心コレット（６）の交換ができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１はガンドリルの長尺工具を使用する深穴加工機を示し、図１の（ａ）は深穴加工機の正面図であり、図１の（ｂ）は深穴加工機の左側面図である。なお、前記した図６の（ａ）の説明と重複する説明は、同じ符号を付して省略する。
図１の（ａ）に示すように、ベッド２１の正面図の右側部には、強電パネル２８が配設されている。また、ガンドリルの深穴加工機２０のベッド２１上の左側には、図１の（ｂ）に示すように、ガイドレール２１ｂ、２１ｂが配設され、そのガイドレール２１ｂ、２１ｂ上にはＺ２軸（左右）方向に摺動自在のスライド２１ａが配設されている。また、そのスライド２１ａ上に本発明のワーク回転装置１１が載置されている。
図１の（ｂ）に示すように、深穴加工機２０の後方（図中の左側）には、ガンドリル２４（図１の（ａ）参照）の刃先の冷却、および切屑の排出のために、刃先から高圧のクーラント液を噴射させるための高圧クーラントユニット２９が設置されている。また、ガンドリル２４の刃先により削り出された切粉とクーラント液は、最初にチップボックス２６（図１の（ａ）参照）で回収され、シュート２６ａを通り、大きなチップボックス２６ｂに回収される。

図２の（ａ）はワーク回転装置を正面斜め上から見た斜視図であり、図２の（ｂ）はワーク回転装置を背面斜め上から見た斜視図である。
図２の（ａ）に示すように、ワーク回転装置１１の本体であるボデー１には、略リング状をしたハウジング２が一体に固定され、頭上にはサーボモータ１６が配置されており、主軸には偏心コレット６が装着され、その偏心コレット６にはワークＷが把持されている。
また、図２の（ｂ）に示すように、コレット６の背面には位置決めプレート１９が配置され、その位置決めプレート１９には位置決めブロック１９ａが装着され、ワークＷの長手方向と回転方向の位置を決めている。そして、その偏心コレット６には異形ワークＷが把持されている。

図３は、図２の（ａ）に示すＡ矢視図であり、ワーク回転装置の正面図である。
図３に示すように、ワーク回転装置１１は、正面視で左右対象のシンメトリ構造になっており、上部には回転駆動機構Ｆが設けられている。また、主軸３（図４参照）に設けられた偏心コレット６は、３分割にされており、偏心コレット着脱工具用のピン穴６ｂがそれぞれに設けられている。また、このコレット６を３分割した隙間には弾性体のゴム５ｄが充填され、この偏心コレット６と一体になっている。
なお、異形ワークＷとは、棒状のワークに枝部が形成され、棒状のワークの端面には偏心した位置に小径の深穴があり、この偏心量がｓである加工孔を有するワークをいう。

図４は、図３に示すＢ−Ｂ線の断面図である。図４に示すように、本体であるボデー１は、図３に示すように、その外形は輪郭が略８角形に形成され、中は大口径の穴が開口し、中空構造のワーク回転装置１１となっている。
ハウジング２は、このボデー１の円形の穴に嵌合され、ワーク回転装置１１の正面から６本のボルト（図３参照）によって固定されている。
主軸３は、このハウジング２の内周面にベアリング９が嵌入されて回転自在に軸支され、主軸３の端面にはギヤ１３が固定され、また、内周面にスリーブ４が固定されている。
クランパ５は、このスリーブ４に摺動自在に挿入され、内周面にテーパ部５ａを有し、後端面５ｂに複数のピン状接続部５ｃが突設されている。
偏心コレット６は、３等配に分割され、その隙間には弾性体のゴムが充填されている。また、偏心コレット６は、クランパ５の内周面のテーパ部５ａに装着され、後端部（図中の左側）に溝部６ａが形成されている。なお、コレットは、ここでは偏心コレット６であるが、偏心のないワークＷの場合は、通常のコレットでも構わない。

位置決めリング７は、主軸３に固定され、偏心コレット６の溝部６ａに係合部７ａが挿入されて係合し、偏心コレット６の位置を決めて保持している。
また、位置決めリング７のフランジ部７ｂには複数の円形の開口部７ｃが形成されている。この開口部７ｃに前記したクランパ５の複数のピン状接続部５ｃが挿通されている。
位置決めプレート１９は、略円板状に形成されている。位置決めプレート１９がこの位置決めリング７の後端面に固定されており、また、位置決めプレート１９には、ワークＷの長手方向と回転方向の位置を決める位置決めブロック１９ａが設けられている。異形ワークＷの場合、特に、ワークＷの位置決めに効果を発揮する。さらに、偏心コレット６の偏心穴位置と位置決めブロックの回転方向の位相を決めるために、位置決めピン１７ａが挿通されている。この位置決めピン１７ａは、後記するコレット押圧ノブ１７の後端面に螺着されている。これにより、真直度の優れた深穴加工ができる。
なお、位置決めブロック１９ａの質量分と異形ワークＷの偏荷重分は、バランサー（図示せず）を適宜位置決めブロック１９ａの対向部に設けられている。

コレット押圧ノブ１７は、前記クランパ５のピン状接続部５ｃに固定されて一体になっており、しかも、ピストン８の内周凸部８ａを挟持して回転自在にベアリング９ａ、９ｂによって軸支されている。また、ワーク回転装置１１の後部は大きく開口しており、ワークＷを装着し易くするとともに、異形ワークＷであっても干渉がないようになっている。
クランプ機構Ｅには、シリンダ部１２が形成されている。シリンダ部１２のピストン８は前記ハウジング２とエンドブラケット１０により形成されたスペースに嵌入され、作動流体である高圧エアによってピストン８が主軸の軸線方向に進退するように構成されている。

前記回転駆動機構Ｆは、回転力を発生させるサーボモータ１６のモータ軸１６ａへギヤ１５が嵌入されている。このギヤ１５にアイドルギヤ１４が噛み合い、このアイドルギヤ１４に主軸３と一体に固定されたギヤ１３が噛み合っている。このように、ワーク回転の駆動モータにサーボモータ１６を採用したことにより、異形ワークＷのオリエンテーション（回転方向の位置割り出し）が可能となる。さらに、ワーク自動供給・排出装置へのオプション対応が可能であり、全自動のシステムが可能となる。
以上、このように、本発明のワーク回転装置１１が構成されている。

ここで、ワーク回転装置１１を使用した深穴加工機２０の動作について図面を参照して説明する。
（１）図５は、コレット６の装着と異形ワークの固定方法を説明した断面図であり、（ａ）は主軸内の断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ矢視図、（ｃ）は（ｂ）に示すＤ矢視図である。図５の（ａ）に示すように、ワークサイズに合わせた偏心コレット６を用意する。偏心コレット６の端面に形成された３個のピン穴６ｂ（図３参照）に図示しない偏心コレット着脱工具の３本のピンを差込み、偏心コレット着脱工具のハンドルレバーを握ると、３等配に分割されてその隙間に充填された弾性体のゴムが変形して先細形状になる。この状態で偏心コレット６を奥まで押し込み、図示しないハンドルレバーの握りを緩めて、偏心コレット６の溝部６ａに位置決めリング７の係合部７ａを嵌め込む。
（２）図５の（ａ）に示すように、ワーク回転装置１１の後方（図中左側）から異形ワークＷを挿入し、図５の（ｂ）に示すように、位置決めプレート１９の位置決めブロック１９ａに、異形ワークＷの一方の枝部を装着し、ワークWの長手方向と回転方向の位置を決める。

（３）操作盤２７（図１の（ａ）参照）のワーククランプ釦（ボタン）（図略）を押すと、高圧エアが空圧継手ａ（図４参照）から供給されてピストン８は前進（図４中右方向へ移動）し、筒状のクランパ５を前進させて偏心コレット６を縮径させ、異形ワークＷをクランプ（把持）する。
（４）ワーク回転装置１１の前進釦（図略）を押すと、エアシリンダ２１ｃ（図１の（ｂ）参照）により前進（Ｚ２軸）し、チップボックス２６のドリルブッシュ２６ａに異形ワークＷの先端部を押し当てる。

（５）ワーク回転装置１１の回転起動釦（図略）を押すと、図４に示すように、サーボモータ１６が回転し、ギヤ１５と、アイドルギヤ１４と、ギヤ１３とに順次回転力が伝達され、主軸３が回転する。
（６）主軸台２３（図１参照）のスピンドル回転起動釦（図略）押すと、ガンドリル２４が回転する。クーラントの起動釦（図略）を押すと、ガンドリル２４の刃先から高圧のクーラント液が噴射する。そして、主軸台２３の前進起動釦（図略）を押すと、深穴加工機２０のテーブル２２ｃ上に配設された主軸台２３は、チップボックス２６のドリルブッシュ２６ａにガンドリル２４の刃先がガイドされながら、回転した異形ワークＷの先端に向って切削送りで前進する。そして、小径の偏心した加工孔の深穴加工が開始し、深穴加工が終了すると、主軸台２３が後退し、元の位置に戻る。

（７）続いて、ワーク回転装置１１の回転を停止し、後退釦（図略）を押すと、図４に示すように、エアシリンダ２１ｃ、２１ｃ（図１の（ｂ）参照）により後退（Ｚ２軸）し、チップボックス２６のドリルブッシュ２６ａ（図１参照）から異形ワークＷが離間する。
（８）ワークアンクランプ釦（図略）を押すと、今度は高圧エアが空圧継手ｂから供給されてピストン８を後退させ、筒状のクランパ５を後退させて偏心コレット６を拡径させ、異形ワークＷの把持を開放する。そこで、異形ワークＷを機外に取り出すことで１個目の偏心深孔加工が完了となる。
このように、従来のワーク回転装置４０（図７参照）ではできなかった偏心穴のワークＷの深穴加工が、本発明のワーク回転装置１１であれば、容易に加工することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されることなく、適宜変更して実施することが可能である。例えば、異形ワークＷは、棒状のワークに枝部があり、ワークの端面には偏心した小径の深穴があるワークとしたが、これに限定されることがなく、棒状の断面が円形のほかに、多角形やダルマ形状等であってもよい。

ガンドリルの長尺工具を使用する深穴加工機を示し、（ａ）は深穴加工機の正面図であり、（ｂ）は深穴加工機の左側面図である。 （ａ）はワーク回転装置を正面斜め上から見た斜視図であり、（ｂ）はワーク回転装置を背面斜め上から見た斜視図である。 図２の（ａ）に示すＡ矢視図であり、ワーク回転装置の正面図である。 図３に示すＢ−Ｂ線の断面図である。 コレットの装着と異形ワークの固定方法を説明した断面図であり、（ａ）は主軸内の断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ矢視図、（ｃ）は（ｂ）に示すＤ矢視図である。 （ａ）は従来のガンドリル用深穴加工機の正面図であり、（ｂ）は従来のワーク回転装置の外観図である。 従来の改良型のワーク回転装置を示す断面図である。

符号の説明

１ ボデー
２ ハウジング
３ ベアリング
４ 主軸
５ クランパ
５ａ テーパ部
５ｂ 後端面
５ｃ ピン状接続部
５ｄ ゴム
６ コレット
６ａ 溝部
６ｂ ピン穴
７ 位置決めリング
７ａ 係合部
７ｂ フランジ部
７ｃ 開口部
８ ピストン
８ａ 内周凸部
９ａ、９ｂ ベアリング
１０ エンドブラケット
１１ ワーク回転装置
１２ シリンダ部
１３，１５ ギヤ
１４ アイドルギヤ
１６ サーボモータ
１６ａ モータ軸
１７ コレット押圧ノブ
１７ａ 位置決めピン
１８ リング
１９ 位置決めプレート
１９ａ 位置決めブロック
２０ 深穴加工機
Ｅ クランプ機構
Ｆ 回転駆動機構
W ワーク（異形ワーク）

Claims (3)

1. ワーク（Ｗ）をクランプするクランプ機構（Ｅ）を内蔵し、ワーク（Ｗ）を回転させる回転駆動機構（Ｆ）を搭載した中空構造のワーク回転装置（１１）であって、
   ボデー（１）と、
   前記ボデー（１）に嵌合されて固定された略リング状のハウジング（２）と、
   前記ハウジング（２）の内周面にベアリング（９）が嵌入されて回転自在に軸支され、端面にギヤ（１３）が固定され、さらに、内周面にスリーブ（４）が固定された主軸（３）と、
   前記スリーブ（４）に摺動自在に挿入され、内周面にテーパ部（５ａ）を有し、後端面（５ｂ）に複数のピン状接続部（５ｃ）を突設したクランパ（５）と、
   前記クランパ（５）のテーパ部（５ａ）に装着され、後端部に溝部（６ａ）が設けられた偏心コレット（６）と、
   前記主軸（３）に固定され、前記コレット（６）の溝部（６ａ）に係合部（７ａ）が係合し、フランジ部（７ｂ）に形成された複数の開口部（７ｃ）に前記複数のピン状接続部（５ｃ）が挿通され、コレット（６）の位置を保持する位置決めリング（７）と、
   前記位置決めリング（７）に固定され、ワーク（Ｗ）の位置決めを行う位置決めプレート（１９）と、
   前記クランパ（５）のピン状接続部（５ｃ）の端面に固定され、ピストン（８）の内周凸部（８ａ）を挟持して回転自在にベアリング（９ａ、９ｂ）によって軸支されたコレット押圧ノブ（１７）と、
   前記ピストン（８）が前記ハウジング（２）とエンドブラケット（１０）により形成されたスペースに嵌入され、作動流体によってピストン（８）が主軸軸線方向に進退するシリンダ部（１２）を有する前記クランプ機構（Ｅ）と、
   前記ギヤ（１３）にアイドルギヤ（１４）が噛み合い、このアイドルギヤ（１４）に、サーボモータ軸（１６ａ）に嵌着されたギヤ（１５）が噛み合い、回転力を発生させるサーボモータ（１６）から構成された前記回転駆動機構（Ｆ）と、を備えたことを特徴とする中空構造のワーク回転装置（１１）。
2. 前記位置決めプレート（１９）には、ワーク（Ｗ）の位置決めをする位置決めブロック（１９ａ）を設けたことを特徴とする請求項１に記載のワーク回転装置（１１）。
3. 前記クランプ機構（Ｅ）は、シリンダ部（１２）のピストン（８）が前進すると、クランパ（５）がコレット（６）を縮径させてワーク（Ｗ）をクランプし、シリンダ部（１２）のピストン（８）が後退すると、クランパ（５）がコレット（６）を拡径させてワーク（Ｗ）をアンクランプすることを特徴とする請求項１に記載のワーク回転装置（１１）。

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